树莓派机载计算机的联网操作教程

树莓派4B板载两种网络硬件资源

双频802.11ac无线网络

采用WiFi无线连接的方式，支持两种频段2.4GHz与5GHz，可以连接路由器设备WiFi、笔记本电脑通过无线网卡以及手机等共享热点出来的WiFil，实现加入互联网。

同时树莓派4B自身的WiFi也可以设置成AP模式，将树莓派自身的网络共享出来给其它设备使用，此时树莓派充当路由器的作用。当树莓派没有连接以太网时，树莓派4B的AP热点模式，可以为连接设备提供一个局域网实现轻松组网，方便远程ssh、vnc等登录计载设备进行现场调试（在实际调试中，此种情况在不具备外部联网条件时使用很方便）。

                                         +- RPi -------+
                                     +---+ 10.10.0.2   |          +- Laptop ----+
                                     |   |     WLAN AP +-)))  (((-+ WLAN Client |
                                     |   |  Bridge     |          | 10.10.0.5   |
                                     |   +-------------+          +-------------+
                 +- Router ----+     |
                 | Firewall    |     |   +- PC#2 ------+
(Internet)---WAN-+ DHCP server +-LAN-+---+ 10.10.0.3   |
                 |   10.10.0.1 |     |   +-------------+
                 +-------------+     |
                                     |   +- PC#1 ------+
                                     +---+ 10.10.0.4   |
                                         +-------------+

千兆以太网口

• 采用板载千兆太网口直接通过有线连接的方式连接互联网，可以通过网线与路由器LAN口、笔记本电脑网口等连接。

• 两种联网方式在实际使用中都比较常见，针对无人机上机载计算机移动使用场景，大多数情况下采用无线连接的方式，千兆以太网口连接方式仅在新手入门学习过程、大批量数据更新下载等少数情形中使用。

两种联网方式在树莓派4B ubuntu 20.04 LTS系统中的使用教程

有线连接的方式：

• 网线连接路由器LAN口与树莓派以太网口：

  此种方式需要一根网线将树莓派4B的网口与路由器LAN口相连，树莓派即可通过网线加入互联网或者局域网

树莓派网口	网线	路由器LAN网口

用户可以通过路由器后台管理软件查看相关设备的IP地址，例如小米WiFi路由器后台如下

• 网线连接路由器LAN口与笔记本电脑网口

  笔记本电脑的无限网卡通过WiFi链接的方式与以太网链接，电脑端可以通过网络共享的方式将WLAN网络通过网线分享给树莓派4B，连接方式和路由器类似，相当于上述链接中，路由器LAN口换成了笔记本电脑网口。下面以WIN10系统为例，笔记本电脑通过网线来共享网络步骤。

1. 首先笔记本电脑需要通过无线网卡链接路由器，并且将电脑网口和树莓派4B的网口通过网线连接
2. 打开电脑控制面板—所有控制面板项—网络连接，界面如下：

3. 鼠标选中上图中②的WLAN，右击后选择属性进入WLAN属性，选择共享WLAN网络给以太网

   

4. 通过笔记本电脑cmd命令依次窗口输入如下指令可以查询到树莓派外设ip地址

   ipconfig

   arp -a

5. 通常来讲通过笔记本网线共享网络的树莓派4B的ip地址和路由器的ip地址的第三段有明显差别，也可以插拔网线对比前后ip状态变化来排查，示例如下

   ipconfig	arp -a

6. 其中路由器分配的第三字端为31，由笔记本共享的以太网主机ip第三字段为137，arp -a指令查询到的从机设备树莓派4B的ip地址为192.168.137.237，第三字段同为137，可以依据此规律，方便树莓派在未接显示屏的情况下查询树莓派4B的ip地址。7. 利用ssh或者vnc远程登陆树莓派系统，验证机载计算机IP信息如下：
   

   

   

   

   

通过WiFi无线连接的方式联网

• 树莓派4b可以通过WiFi无线连接路由器、笔记本电脑、手机共享出来的WiFi信号（通过手机共享出来的WiFi频段推荐为2.4G模式，因为树莓派地址设置为国内时，支持的5G信号频段不全，可能导致树莓派搜索不到部分缺失频段的WiFi信号），同理可以通过路由器管理系统查看IP地址，在WiFi密码已知且不方便更改用户名、密码的情况下，用户需要给树莓派外接显示屏，插上鼠标键盘后，手动连接对应的WiFi设备，这个太过简单，故不做过多介绍，设置界面如下选择对应WiFi名称输入密码即可联网。同理在终端输入 ifconfig可查询IP地址

• 在实验室或者现场调试等不具备共有路由器构建的局域网的条件下，可以使用树莓派4B利用自带WiFi构建AP热点，笔记本电脑可以通过连接树莓派的WiFi热点实现登陆机载系统远程操作。相关环境安装命令如下（仅作为学习使用，配套飞机提供的树莓派4B镜像已经装好相关环境）：

git clone https://github.com/oblique/create_ap
cd create_ap
make install
sudo create_ap wlan0 eth0 热点名 密码

当树莓派WiFi已经连接路由器的情况下，输入创建WiFi热点的AP指令会提示出错，提示wlan0不能既作为连接者又作为分享者，此时需要手动断开树莓派链接的路由器的WiFi链接（意味着只能建立笔记本、手机和树莓派之间的局域网连接，无法实现连接互联网，存在二者兼容的解决方案，配置相对会麻烦一点，考虑实际应用场景非必须，暂作为备选方案），再重新执行AP指令即可：

sudo create_ap wlan0 eth0 flight_nc 12345678

WARN: brmfmac driver doesn't work properly with virtual interfaces and it can cause kernel panic. For this reason we disallow virtual interfaces for your adapter. For more info: https://github.com/oblique/create_ap/issues/203 ERROR: Your adapter can not be a station (i.e. be connected) and an AP at the same time

WiFi热点创建成功后，笔记本电脑、手机等设备可以连接树莓派共享的热点WiFi信号，利用IP实现远程登陆操作

• 树莓派自动连接固定WiFi名称、密码的WiFi路由设备

  ​ 本使用情形为已经存在对应WiFi名称、密码的WiFi路由设备，树莓派开机自动读取网络配置文件后，连接到对应网络，当前仅当树莓派周围存在和配置文件中名称、密码匹配的WiFi设备时，自动连接才会建立。网络配置文件的系统路径为/etc/netplan/01-network-manager-all.yaml，文件默认配置如下：

  # Let NetworkManager manage all devices on this system
  network:
    version: 2
    renderer: NetworkManager
  

  ​ 默认配置表示的是将系统的网络配置权限交给系统网络管理器，用户需要手动连接WiFi或者通过有线网口连接的方式联网。当系统需要自动连接固定WiFi名称、密码的WiFi热点时，更改配置文件如下：

  network:
      version: 2
      ethernets:
          eth0:
              optional: true
              dhcp4: true
      # add wifi setup information here ...
      wifis:
          wlan0:
              optional: true
              access-points:
                  "flight_namelesstech":
                      password: "12345678"
              dhcp4: true
  

  ​ 上述配置文件中默认的WiFi名称为：flight_namelesstech，密码为12345678，实际使用中用户可以根据实际来更改对应文件字段，也可以直接更改路由器的WiFi名称、密码和树莓派网络配置文件，也可以使用笔记本电脑创建对应名称、密码的WiFi热点，树莓派即可自动连接联网。（不更改网络配置文件直接改现实热点名称、密码的情形，特别适合没有外接显示屏，初次登陆系统的情形）。当树莓派方便外接显示屏的情况下，上述更改/etc/netplan/01-network-manager-all.yaml文件的操作就显得非常的多余了。

  ​

  ​ 在有显示屏的情况下，初次登陆树莓派ubuntu系统只需要手动连接WiFi即可，后续树莓派工作只需要之前连接的WiFi热点存在，系统开机就会自动连接到之前连接的WiFi网络，查询IP地址后就可以远程登陆树莓派了。

  下面对上述所有联网情形进行对比，列出各自适用情形，优缺点如下表：

  联网类型	适用场景	优点	缺点
  1、网口有线连接	无显示屏初次登陆树莓派系统、需更新应用下载大量数据等情况	连接稳定可靠	不适合机载计算机移动条件下使用
  2、树莓派网卡AP热点WiFi	无开放局域网、无路由WiFi热点设备条件下	适合移动场景下使用	无法连接互联网，只能作为局域网使用
  3、设置树莓派网络配置文件自动连接WiFi	首次登陆系统，且无外接显示屏幕情形	适合移动场景下使用	无
  4、登陆系统后手动连接WiFi	适合在存在无限路由WiFi热点情况下使用（路由器WiFi、手机热点、笔记本电脑热点等）	适合移动场景下使用	无

  ​ 实际使用过程中，机载计算机大多数情况工作在④②两种情况，在外接存在WiFi热点的情况，采用方式④，外部环境不存在可用WiFi热点的情况下采用方式②，我们提供默认的树莓派4B镜像初始就是工作在④情形，如果初次登陆树莓派系统，手头无外接显示屏的情况下，可以将自己手机配置成WiFi热点模式，WiFi名称为：flight_namelesstech，密码为12345678，创建热点成功后，树莓派会自动连接到该网络，建立网络链接和查询到IP地址后，后续就可以远程登陆，登陆到系统中就可以实现④②的切换。

  ​ 当用户需要树莓派网络工作在②AP热点模式时，为了方便客户操作，已经写了对应脚本文件，实现开机自启动AP热点WiFi供用户远程登陆，依次电机菜单——控制中心——启动应用程序——添加后界面已经相关设置如下图，命令框填入的内容如下：

  gnome-terminal -x  /home/cindy/autostart/wifi_ap.sh
  

  

  ​ 设置成功后重新启动计算机就可以实现开机自动进入AP热点WiFi模式，根据IP地址就可以远程登陆树莓派系统了，由于出厂默认采用的是登陆系统后手动连接WiFi，故客户需要自己手动完成上图操作才能进入实现上述功能。当实验室环境存在开放路由器WiFi时，本操作可以作为备选方案。实际使用者可以通过树莓派扩展板上的I2C口外接I2C接口的OLED显示屏很方便的查看联网状态以及IP地址、CPU温度、内存占用等信息。

  

  异常问题处理

  下面给出树莓派AP在自动创建WiFi后，及时已经停止运行WiFi创建，这个时候想要切换成手动连接路由器或者手机共享WiFi热点时，发现搜索不到WiFi信号，也不能手动创建进行连接，通过查看create_ap -h帮助信息可知：

  

  意思是说当关闭AP热点后，需要手动将网络控制权限切换到ubuntu操作系统网络管理器，执行如下指令解决不能手动联网问题：

  sudo create_ap --fix-unmanaged
  返回：
  Trying to fix unmanaged status in NetworkManager...
  

645886570608)]

意思是说当关闭AP热点后，需要手动将网络控制权限切换到ubuntu操作系统网络管理器，执行如下指令解决不能手动联网问题：

sudo create_ap --fix-unmanaged
返回：
Trying to fix unmanaged status in NetworkManager...